- •Раздел 1 основные понятия и терминология
- •1 Предмет и метод механики горных пород
- •1.1 Механика горных пород в системе горных наук
- •1.2 Объект и метод механики горных пород
- •1.3 Задачи механики горных пород и ее практическое значение
- •Контрольные вопросы
- •2 Физико-механические свойства горных пород
- •2.1 Минералы, горные породы, массив горных пород, образец горной породы
- •2.2 Классификация физико-технических свойств пород
- •2.3 Отбор, хранение и подготовка к испытаниям образцов горных пород
- •2.4 Обработка результатов определения свойств пород
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 2 лабораторные методы определения параметров свойств горных пород
- •3 Плотностные свойства пород
- •3.1 Плотностные свойства скальных и связных пород
- •3.2 Плотностные свойства рыхлых и разрыхленных горных пород.
- •Контрольные вопросы
- •4 Прочностные свойства пород
- •4.1 Механические напряжения в горных породах
- •4.1.1 Основные представления о напряженном состоянии горных пород
- •4.2.1 Понятие о напряжениях и деформациях
- •4.2 Теории прочности пород
- •4.3 Стандартные методы определения прочностных параметров скальных пород
- •4.4.1 Основные показатели механических свойств горных пород
- •4.4.2 Определение предела прочности при одноосном сжатии
- •4.4.3 Метод определения предела прочности при одноосном растяжении
- •4.4.4 Метод определения предела прочности при срезе
- •4.4.5 Метод определения предела прочности при изгибе
- •4.4.6 Метод определения предела прочности при объемном сжатии
- •4.4.7 Метод комплексного определения пределов прочности при многократном раскалывании и сжатии
- •4.4.8 Методы определения механических свойств сжатием образцов встречными сферическими инденторами
- •4.4 Нестандартные методы определения прочностных параметров скальных пород
- •4.4.1 Методы определения показателей прочности на образцах неправильной формы
- •4.4.2 Метод удара ручным и пружинным шариковыми молотками
- •4.4.3 Метод вдавливания стального шарика с помощью пружинного пистолета
- •4.5 Определение прочностных параметров рыхлых и разрыхленных пород
- •4.5.1 Метод определения механических свойств глинистых пород при одноосном сжатии
- •4.5.2 Испытание глинистых пород при растяжении
- •4.5.3 Метод испытания пород на срез
- •4.5.4 Определение прочности горных пород в приборах трехосного сжатия
- •4.5.5 Определение угла внутреннего трения песков по углу естественного откоса
- •4.6 Пределы изменения прочностных параметров пород угольных шахт Донбасса
- •Контрольные вопросы
- •5 Деформационные свойства пород
- •5.1 Деформации в горных породах
- •5.2 Упругие свойства горных пород
- •5.3 Пластические и реологические свойства горных пород.
- •Контрольные вопросы
- •6 Акустические свойства горных пород
- •6.1 Акустические волны в породах
- •6.2 Параметры акустических свойств горных пород
- •6.3 Определение акустических параметров пород в лабораторных условиях
- •6.4 Использования акустических свойств горных пород в горном деле
- •Контрольные вопросы
- •7 Специальные горно-технологические параметры горных пород
- •7.1 Крепость
- •7.2 Контактная прочность
- •7.3 Абразивность
- •7.4 Дробимость
- •7.5 Сопротивляемость резанию
- •7.6 Буримость
- •7.7 Взрываемость
- •7.8 Липкость и сопротивление копанию рыхлых и разрыхленных пород
- •7.9 Использование горно-технологических свойств в горной практике
- •Контрольные вопросы
- •8 Термодинамические свойства горных пород
- •8 1 Общие сведения о температурном поле в горных породах.
- •8 2 Основные тепловые параметры горных пород
- •8.3 Определение параметров термодинамических свойств пород в лабораторных условиях
- •8.4 Использование тепловых свойств и явлений в горном деле
- •Контрольные вопросы
- •9 Гидравлические свойства пород
- •9.1 Общие сведения о воде в горных породах
- •9.2 Параметры гидравлических свойств горных пород
- •9.3 Воздействие жидкости на горные породы
- •9.4 Определение гидравлических параметров горных пород
- •9.5 Использование гидравлических свойств горных пород для дегазации угольных пластов, ослабления и упрочнения пород
- •Контрольные вопросы
- •10 Газодинамические свойства горных пород.
- •Контрольные вопросы
- •11 Электромагнитные свойства пород
- •11.1 Базовые параметры электромагнитных свойств горных пород и методы их определения.
- •11.2 Использование электрических магнитных свойств горных пород для горного производства
- •Контрольные вопросы
- •12 Радиационные свойства пород
- •12.1 Базовые параметры радиационных свойств горных пород и методы их определения
- •12.2 Использование радиационных свойств пород в горной практике
- •Контрольные вопросы
- •Раздел 3 механические процессы в массиве горных пород
- •13 Механическое состояние породного массива
- •13.1 Сплошность и дискретность
- •13.2 Трещиноватость и слоистость массива
- •Контрольные вопросы
- •14 Напряженное состояние нетронутого массива горных пород
- •14.1 Общие сведения
- •14.2 Оценка напряженного состояния ненарушенного массива горных пород
- •14.3 Определение коэффициента бокового давления в прочных породах
- •14.4 Коэффициент бокового давления в сыпучих породах
- •Контрольные вопросы
- •15 Методы исследования механических процессов в горном массиве
- •15.1 Натурные методы
- •Методы определения величины сдвижения горных пород.
- •Методы определения напряжений в массиве горных пород
- •Методы определения нагрузок на крепи и другие сооружения
- •15.2 Лабораторные методы исследований
- •15.3 Аналитические исследования
- •15.3.2 Методы механики сплошной среды
- •15.3.2 Методы механики дискретных сред
- •Контрольные вопросы
- •Перечень ссылок
- •Раздел 1 основные понятия и терминология 6
- •Раздел 2 лабораторные методы определения параметров свойств горных пород 19
- •Раздел 3 механические процессы в массиве горных пород 171
8.3 Определение параметров термодинамических свойств пород в лабораторных условиях
Обычно для целей горного производства в лабораторных условиях определяют следующие тепловые параметры горных пород: удельная теплоемкость; коэффициент теплопроводности и коэффициент температуропроводности.
Для этого используют различные лабораторные установки, на которых реализуют метод постоянного или мгновенного источника тепла.
Н а кафедре горной геомеханики ДонНТУ создан и успешно применяется уникальный прибор для определения вышеприведенных тепловых параметров горных пород методом мгновенного источника тепла (рисунки 8.1 и 8.2).
Рисунок 8.1 – Общий вид прибора ДонНТУ для определения тепловых свойств горных пород: 1 – нагреватель, 2 – образец породы, 3 – датчик тепла, 4 – дисплей, 5 – кнопка включения прибора, 6 – кнопка опроса датчиков
Рисунок 8.2 – Структурная схема прибора ДонНТУ для определения тепловых свойств горных пород: 1 – нагреватель, 2 – образец породы, 3 – датчик тепла, 4 – блок управления током нагревателя, 5 – процессор, 6 – дисплей, 7 – вторичный источник питания, 8 – первичный источник питания
В качестве образцов используются диски со шлифованными поверхностями, изготовленные из кернов горных пород.
В процессе опыта, зная геометрические размеры образцов и их плотность, измеряют: длительность и величину теплового импульса; время, за которое температура «холодной» поверхности образца достигла максимума; максимальную температуру «холодной» поверхности образца.
8.4 Использование тепловых свойств и явлений в горном деле
Для бурения скважин по весьма прочным породам на применяют метод огневого бурения с использованием чаще всего бензовоздушных горелок в качестве термобуров.
Скорость такого бурения зависит от тепловых свойств горной породы, которые отражаются в виде критерия термобуримости породы (ПТБ), соответствующему объему породы, разрушенной при воздействии на неё 1 Дж тепла.
(8.7)
Для горных пород вообще ПТБ = 2·10-8 5·10-6 м3/Дж. Чем меньше величина ПТБ, тем хуже порода поддается термобурению.
Большое значение имеет знание тепловых свойств горных пород в расчетах тепловых режимов шахт. Например, установлено, что коэффициент теплопередачи, характеризующий процесс передачи тепла из горного массива в горную выработку может быть рассчитан для незакрепленной выработки по формуле
, (8.8)
где ш = 1 3 – коэффициент, учитывающий шероховатости породного обнажения;
G – расход воздуха в выработке;
П, – периметр выработки;
S, – площадь поперечного сечения выработки.
Для закрепленной выработки
, (8.9)
где – толщина крепи;
к – коэффициент теплопроводности крепи.
Глубин промерзания рыхлых и связных пород зависит от времени и коэффициент температуропроводности породы
(8.10)
При подземной выплавке серы количество тепла для выплавления серы из единицы объема руды зависит от температуры плавления серы (Tс = 119 оС), удельной теплоты плавления серы (L49 кДж/кг), удельной теплоемкости серы (сс = 0,67 1,86 кДж/кг град) и рассчитывается по формуле
, (8.11)
где с – объемный вес серы;
Т0 – температура массива.
При подземной газификации угля для создание канала горения между скважинами используют явление теплового электрического пробоя. Для этого в скважины опускают электроды и создают между ними электрическое напряжение. Величина этого напряжения зависит от коэффициента теплопроводности угля.
Кроме того, тепловые свойства горных пород необходимы для расчетов процессов сушки горной массы, термообработки брикетов, агломерации, обжига руд и т.п.